Proton-Insertion-Enhanced Pseudocapacitance Based on the Assembly Structure of Tungsten Oxide

材料科学 假电容 电容 超级电容器 纳米柱 电极 三氧化钨 纳米技术 氧化物 制作 光电子学 电容感应 纳米结构 冶金 电气工程 病理 物理化学 工程类 化学 替代医学 医学
作者
Minshen Zhu,Wenjun Meng,Yan Huang,Yang Huang,Chunyi Zhi
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:6 (21): 18901-18910 被引量:195
标识
DOI:10.1021/am504756u
摘要

The capacitances of supercapacitors with carbon and metal oxides as electrodes are usually associated with the available surface areas of the electrode materials. However, in this paper, we report that proton insertion, an unusual capacitive mechanism, may effectively enhance the capacitance of metal oxides with low surface area but specific structures. Tungsten trioxide (WO3) as the electrode material for supercapacitors has always suffered from low capacitance. Nevertheless, enhanced by the proton insertion mechanism, we demonstrate that electrodes fabricated by an assembly structure of hexagonal-phase WO3 (h-WO3) nanopillars achieve a high capacitance of up to 421.8 F g–1 under the current density of 0.5 A g–1, which is the highest capacitance achieved with pure WO3 as the electrodes so far, to the best of our knowledge. Detailed analyses indicate that proton insertion dominates the electrochemical behavior of h-WO3 and plays the key role in reaching high capacitance by excluding other mechanisms. In addition, a thorough investigation on the temperature-dependent electrochemical performance reveals excellent performance stability at different temperatures. This study provides a new approach to achieving high capacitance by effective proton insertion into ordered tunnels in crystallized metal oxides, which is primarily important for the fabrication of compact high-performance energy storage devices.
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